关键词：精馏塔控制；节能优化；综述
1前言
精馏过程是一个复杂的传质传热过程,表现为:过程变量多,被控变量多,可操纵的变量也多;过程动态和机理复杂。作为化工生产中应用最广的分离过程,精馏也是耗能较大的一种化工单元操作。但在实际生产中,为了保证产品合格,精馏装置操作往往偏于保守,操作方法以及操作参数设置往往欠合理,过分离普遍存在。精馏过程消耗的能量绝大部分并非用于组分分离,而是被冷却水或分离组分带走。因此,精馏过程的节能潜力很大,收效也极为明显。
2精馏原理
精馏技术是基于利用回流促使液体混合物有效得到高纯度分离的一种蒸馏方法，该项技术被普遍应用在液体混合物分离操作中。工作人员根据精馏技术的生产工艺和工质特点，将精馏技术技术科学划分为了直接塔顶式热泵精馏和间接式热泵精馏。热泵精馏技术是一种基于对机械功能有效补偿和消耗，将精馏塔塔顶部的低温区域内热量成功传递至塔釜高温区域，这样一来就能够促使精馏塔塔顶区域的低温蒸汽有效转换为塔底再沸器的热源。不同类型的热泵精馏在化工生产中有着不一样的适用范围，间接式热泵精馏通常被化工企业工作人员用于精馏塔内物质有腐蚀性或者对温度较为敏感的情况。
2.1 直接塔顶式热泵精馏系统
在化工生产领域中，化工企业经常运用的直接塔顶式热泵精馏系统构成主要包括了精馏塔、压缩机、蒸发器以及驱动器等。当化工企业工作人员将直接塔顶式热泵精馏系统实践应用在化工生产过程中，需要提供现成的载热工质，并且为了实现系统能够顺利进行热量交换，工作人员还需要在系统内部合理设置一个高质量的热交换器。在直接塔顶式热泵精馏系统运行中，压缩机的作用在于其能够帮助降低整个精馏塔运行过程的功能损耗，同时大大提升压缩效率。除此之外，直接塔顶式热泵精馏系统还有着本身结构简单的优势特点，无需安排大量工作人员进行检修维护，操作简单方便，从而有效降低了化工企业的生产管理成本。
2.2 间接式热泵精馏系统
在化工生产领域中，间接式热泵精馏系统也是一种常见精馏技术。间接式热泵精馏系统的构成主要包括了精馏塔、压缩器、蒸发器、驱动器以及冷凝器等。化工企业工作人员通过将间接式热泵精馏系统实践应用在化工生产，能够发挥出其隔离塔内材料的作用，有效减小系统控制和设计难度。此外，与直接式热泵精馏系统相比较，间接式精馏系统内部运作多了一个热交换器，这样一来会导致其本身运作效率的降低。在间接式热泵精馏系统运作过程中，其内精馏工质是以水为主，无需投入传统制冷剂，这样无疑能够降低化工生产成本。并且水本身具有良好的导热性能，在塔内热交换中交换面较小，适宜用在塔底温度偏高的精馏系统。
2.3 其他
精馏技术除了常见的直接塔顶式热泵精馏和间接式热泵精馏，还包括了蒸汽加压式热泵。在化工实践生产中蒸汽加压式热泵的构成部分包括了2个热交换机、1个压缩机、1个膨胀阀以及工质。在蒸汽加压式热泵的蒸发器中，工质温度会在热交换机中得到有效蒸发，并且当其从热源中获取到一定热量后，工质会基于压缩机运行作用下，在冷凝器中加工的温度的另外一个热交换机展开潜热。直到冷凝器中的工质完全冷凝过后，会在热胀冷缩作用下膨胀进入到蒸发器中，从而有效形成了一个作业循环。如下图1所示，为机械蒸发加压式热泵。
图 1 .png)
3精馏塔的控制与节能优化
3.1精馏塔的控制与节能优化
目标精馏塔的控制与节能优化前提是保证产品的质量，以此为基础，提高回收率，降低能耗，以最小的成本收获最大的经济效益。在实际运行中需要满足以下三个方面的要求：第一，物料平衡和能量平衡要求，精馏塔塔顶与塔底等平均流出量需要与进料量相一致，采出量变化相对较为平缓，能够提高上下工序操作平稳性，另外，塔顶等容器内的蓄液量也需要尽量保持在额定范围内。第二，质量指标要求，精馏塔主要是实现不同组分的相互分离，保证轻组分产品或者重组分产品能够满足规定要求的纯度，这也是精馏塔控制最为基本的目标和要求。第三，约束条件，为了提高精馏塔操作的安全性和规范性，部分操作参数必须要加上相应的约束条件，比如说压力限、液泛限、临界温差限等。
3.2精馏塔控制策略
精馏过程有着非常大的复杂性，很难实现变量的有效配对，约束条件复杂，很大程度上增大了精馏塔控制难度。近年来，在精馏塔控制方面的研究主要集中在线性多变量控制技术的开发研究、预测控制、精馏塔控制系统设计等方面，非线性控制技术应用在精馏塔控制中，同时还存在有模糊控制等智能控制方式。另外，精馏塔对象研究方面应用智能控制，增益预测方法使用神经网络。当前精馏塔控制方面的研究逐渐集中在精馏塔两端组分控制以及控制系统结构分析等方面。当前组分在线检测装置的实际检测精度很难满足在线控制实际需要，人们将关注的重点逐渐向推理控制方面转移。但是因为精馏过程中的关联性非常强，常用的递推最小二乘算法很难取得理想的应用效果。当前这些方面的研究主要集中在理论推导仿真以及实验室装置方面，很少有在工业应用方面的报道。随着当前工业在精馏过程的要求越来越严格，迫切需要有着更高使用价值的控制策略应用在实际生产控制中。
3.3精馏塔节能优化研究
人们在精馏塔节能优化方面的研究，有提出使用高效填料替代低效填料，优化再沸器以及冷凝器换热效果，改变进料装置位置，应用热泵技术、选择特殊精馏技术等。比如说超重力旋转精馏机，再沸器容积仅3m3，综合节能约5%~20%。这些方法更多的是从工艺流程方面出发，需要对生产车间或者生产流程进行改造，操作参数方面的优化研究较为少见。当前的操作参数研究以离线优化为主，很难结合设备运行情况展开实时优化，实际优化效果不理想。
4结语
当前精馏塔控制和节能优化更多的集中在理论和仿真实验研究方面，很少有实际应用成功是案例。主要是理论在实际应用中存在的一些问题未能得到有效解决，未来精馏塔控制与节能优化方面的研究任重而道远。
参考文献：
[1]谢英芹，李玲.浅析精馏塔设计以及节能的研究[J].化工设计通讯，2017,(11):149~150.
[2]李春利，杜季颖，张林，等.内部热耦合精馏塔的传热及优化[J].化工进展，2018,(1):7~13.
[3]杨卫东，梁毅.丙烯精馏塔制造安装[J].石油和化工设备，2017,(12)
论文作者:田旭
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/3
标签：精馏论文; 热泵论文; 工质论文; 塔顶论文; 系统论文; 节能论文; 组分论文; 《工程管理前沿》2020年第1期论文;